(57)【要約】【課題】  高い高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置を提供すること。【解決手段】  定着装置は、未定着画像に当接する定着ローラと、定着ローラに当接すると共に定着ローラを加熱する加熱ベルトと、加熱ベルトを加熱する熱源と、定着ローラに当接している加熱ベルトの当接領域の一部を押圧する押圧部材を有することを特徴とする画像形成装置。【選択図】        図２
2005300800.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
転写材上の未定着画像を形成する画像形成部と、当該転写材上の未定着画像を挟持加熱して定着させる定着装置を有する画像形成装置において、
前記定着装置は、未定着画像に当接する定着ローラと、前記定着ローラに当接すると共に前記定着ローラを加熱する加熱ベルトと、前記加熱ベルトを加熱する熱源と、前記定着ローラに当接している前記加熱ベルトの当接領域の一部を押圧する押圧部材を有することを特徴とする画像形成装置。
【請求項２】
前記加熱ベルトを巻架して支持する複数の支持ローラを有し、前記複数の支持ローラの中の少なくとも１本の支持ローラが、前記押圧部材を兼ねることを特徴とする請求項１に記載の画像形成装置。
【請求項３】
前記定着ローラと前記加熱ベルトとが当接している当接領域の圧力分布が前記加熱ベルト走行方向にみて非対称であり、前記加熱ベルト走行方向上流側の圧力が高いことを特徴とする請求項１または２に記載の画像形成装置。
【請求項４】
転写材上の未定着画像を形成する画像形成部と、当該転写材上の未定着画像を挟持加熱して定着する定着装置を有する画像形成装置において、
前記定着装置は、未定着画像に当接する定着ローラと、前記定着ローラに当接すると共に前記定着ローラを加熱する加熱ベルトと、前記加熱ベルトを加熱する熱源と、前記加熱ベルトを巻架して支持する複数の支持ローラとを有し、前記複数の支持ローラの中の少なくとも１つが、ワイヤを張り渡してローラ状となしたかご型ローラであることを特徴とする画像形成装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の画像形成に用いられる定着装置を有する画像形成装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来より、複写機、プリンタ、ＦＡＸ等の電子写真方式の画像形成装置に用いられている定着装置として、弾性層を有して所定の温度に維持された定着ゴムローラと、定着ゴムローラに圧接し、弾性層を有する加圧ゴムローラとによって、未定着のトナー画像が形成された転写材を挟持搬送しつつ加熱する熱ローラ定着方式のローラ定着装置が多用されている。
【０００３】
しかしながら、この種のローラ定着装置では、定着ゴムローラの熱抵抗や熱容量が大きいため、ウォーミングアップ時間が長くなると共に、弾性層内側の温度が高くなり、定着ゴムローラの寿命を短くしていた。
【０００４】
また、カラー画像ではベタ面積が大きい画像が多く、そのベタ画像も黒以外のものが多く、光沢むらなどがあると目立つという不具合などがあった。
【０００５】
高い光沢均一性を要求されるカラー画像定着では、定着圧力を均一に付与するために画像に当接する部分に弾性が必要である。このため金属芯金の外周にゴム層を形成した定着ローラが定着部材として用いられてきた。
【０００６】
具体的には、オイルを塗布せずに、カラートナーの定着が可能で、且つオフセットが生じ難い定着装置を提供するものが知られている（特許文献１参照。）。
【０００７】
また、加熱定着ロールを外部加熱手段により外側から効率よく加熱し、記録シート等の接触による定着ロールの温度低下を極力防止することができる定着装置を提供するものが知られている（特許文献２参照。）。
【０００８】
また、加熱定着部材の回転開始直後におけるその表面温度の急激な低下を防止し、以て待機時における加熱定着部材の表面温度を低く設定してもトナー像の定着不良を生じることがなく、常に高品位の定着画像を得ることが可能な加熱定着装置を提供するものが知られている（特許文献３参照。）。
【特許文献１】特開平１０−２５４２６６号公報
【特許文献２】特開平１１−５２７６８号公報
【特許文献３】特開平１１−３８８０２号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
しかしながら、上記各定着装置において、高速化に伴う熱供給量が増え、熱伝導率の低いゴム層の表面と金属芯金境界面との温度差はますます高くなり、界面でのゴム耐久が著しく低下する。
【００１０】
これを回避するためには、ゴム層の高熱伝導率化やローラの大型化があるが、技術的あるいはコスト的・実用的に限界がある。
【００１１】
このため芯金からでなく、外部加熱ローラ等で定着ローラ表面を加熱する方式が提案されているが、接触面積を大きくとることが困難で、また外部加熱ローラの熱容量が増えるため、予熱時間が短くできないという問題もある。またこれらに対する改善技術も提案されているが、十分とはいえなかった。
【００１２】
本発明は上記の不具合を解消し、高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
上記本発明の目的は下記の構成により達成される。
【００１４】
（１）転写材上の未定着画像を形成する画像形成部と、当該転写材上の未定着画像を挟持加熱して定着させる定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置は、未定着画像に当接する定着ローラと、前記定着ローラに当接すると共に前記定着ローラを加熱する加熱ベルトと、前記加熱ベルトを加熱する熱源と、前記定着ローラに当接している前記加熱ベルトの当接領域の一部を押圧する押圧部材を有することを特徴とする画像形成装置（第１の発明）。
【００１５】
（２）転写材上の未定着画像を形成する画像形成部と、当該転写材上の未定着画像を挟持加熱して定着する定着装置を有する画像形成装置において、前記定着装置は、未定着画像に当接する定着ローラと、前記定着ローラに当接すると共に前記定着ローラを加熱する加熱ベルトと、前記加熱ベルトを加熱する熱源と、前記加熱ベルトを巻架して支持する複数の支持ローラとを有し、前記複数の支持ローラの中の少なくとも１つが、ワイヤを張り渡してローラ状となしたかご型ローラであることを特徴とする画像形成装置（第２の発明）。
【００１６】
本発明は上記の如き構成をとることにより、高い高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置の提供を図るものである。
【発明の効果】
【００１７】
請求項１または２によれば、ベルトニップ部入り口で圧力をかけ、ベルトニップ部全域にわたって密着性が向上され、高い高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置の提供が可能となる。
【００１８】
請求項３によれば、支持するだけのローラを、ワイヤローラとして低熱容量化が図られ、高い高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置の提供が可能となる。
【００１９】
請求項４によれば、外部加熱手段として、ヒータを内蔵したベルトを用いることで、高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置の提供が可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本願発明の実施の形態を説明する。なお、本欄の記載は請求項の技術的範囲や用語の意義を限定するものではない。また、以下の、本発明の実施の形態における断定的な説明は、ベストモードを示すものであって、本発明の用語の意義や技術的範囲を限定するものではない。
【００２１】
（１）本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置を備える画像形成装置について、図１にて以下に述べる。
【００２２】
図１において、画像形成装置ＧＳは、画像形成装置本体ＧＨと画像読取装置ＹＳとから構成される。
【００２３】
画像形成装置本体ＧＨは、タンデム型カラー画像形成装置と称せられるもので、複数組の画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ、１０Ｋと、ベルト状の中間転写体６と給紙搬送手段及び後述する分離補助手段を有する定着装置１７とからなる。
【００２４】
画像形成装置本体ＧＨの上部には、自動原稿送り装置２０１と原稿画像走査露光装置２０２から成る画像読取装置ＹＳが設置されている。自動原稿送り装置２０１の原稿台上に載置された原稿ｄは搬送手段により搬送され、原稿画像走査露光装置２０２の光学系により原稿の片面又は両面の画像が走査露光され、ラインイメージセンサＣＣＤに読み込まれる。
【００２５】
ラインイメージセンサＣＣＤにより光電変換されたアナログ信号は、画像処理部において、アナログ処理、Ａ／Ｄ変換、シェーディング補正、画像圧縮処理等を行った後、画像書き込み部（露光手段）３Ｙ、３Ｍ、３Ｃ、３Ｋに信号を送る。
【００２６】
イエロー（Ｙ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｙは、像担持体としての感光体ドラム１Ｙの周囲に配置された帯電手段２Ｙ、露光手段３Ｙ、現像装置４Ｙ及びクリーニング手段８Ｙを有する。マゼンタ（Ｍ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｍは、像担持体としての感光体ドラム１Ｍ、帯電手段２Ｍ、露光手段３Ｍ、現像装置４Ｍ及びクリーニング手段８Ｍを有する。シアン（Ｃ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｃは、像担持体としての感光体ドラム１Ｃ、帯電手段２Ｃ、露光手段３Ｃ、現像装置４Ｃ及びクリーニング手段８Ｃを有する。黒（Ｋ）色の画像を形成する画像形成部１０Ｋは、像担持体としての感光体ドラム１Ｋ、帯電手段２Ｋ、露光手段３Ｋ、現像装置４Ｋ及びクリーニング手段８Ｋを有する。帯電手段２Ｙと露光手段３Ｙ、帯電手段２Ｍと露光手段３Ｍ、帯電手段２Ｃと露光装置３Ｃ及び帯電手段２Ｋと露光装置３Ｋとは、潜像形成手段を構成する。
【００２７】
４Ｙ、４Ｍ、４Ｃ、４Ｋは、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、シアン（Ｃ）及び黒（Ｋ）の、小粒径のトナーとキャリアからなる２成分現像剤を内包する現像装置である。
【００２８】
中間転写体６は、複数のローラにより巻回され、回動可能に支持されている。
【００２９】
画像形成部１０Ｙ、１０Ｍ、１０Ｃ及び１０Ｋより形成された各色の画像は、回動する中間転写体６上に転写手段７Ｙ、７Ｍ、７Ｃ及び７Ｋにより逐次転写されて（１次転写）、合成されたカラー画像が形成される。給紙カセット２０内に収容された転写材としての記録紙Ｐは、給紙手段２１により給紙され、給紙ローラ２２Ａ、２２Ｂ、２２Ｃ、レジストローラ２３等を経て、転写手段７Ａに搬送され、記録紙Ｐ上にカラー画像が転写される（２次転写）。カラー画像が転写された記録紙Ｐは、定着装置１７へと搬送される。
【００３０】
定着装置１７は熱源であるハロゲンヒータＨＬａを内蔵した定着ローラ１７ａと、加圧ローラ１７ｂとからなり、両ローラの間の定着ニップ部ＮＡにおいて、記録紙Ｐ上の未定着画像を加圧加熱して定着する。定着ローラ１７ａの外周には加熱ベルト２７ａが当接している。当該加熱ベルト２７ａの内部には加熱ベルト２７ａの定着ローラ１７ａとの当接領域の一部を押圧する押圧部材である加熱ローラ１７ｃが設けられる。定着装置１７において、熱と圧力とを加えることにより定着された記録紙Ｐは、排紙ローラ２４に挟持されて機外の排紙トレイ２５上に載置される。
【００３１】
一方、転写手段７Ａにより記録紙Ｐにカラー画像を転写した後、記録紙Ｐを分離した中間転写体６は、クリーニング手段８Ａにより残留トナーが除去される。
【００３２】
なお、上記画像形成装置の説明においては、カラー画像形成にて説明したが、モノクロ画像を形成する場合も本発明に含まれるものである。
【００３３】
（２）本発明にかかわる定着装置について、図２ないし図４を用いて以下に説明する。図２は、本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置の概要断面図であり、図３は、本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置の他の例の概要断面図であり、図４は、加熱ベルトの定着ローラに対する圧力分布である。
【００３４】
本発明にかかわる定着装置１７は、図２に示す構成となっていて、熱源であるハロゲンヒータＨＬａを内蔵した定着ローラ１７ａと、加圧ローラ１７ｂと、定着ローラ１７ａの外周に設けられる加熱ベルト２７ａとにより構成される。定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂとの間に定着ニップ部ＮＡが形成され、また定着ローラ１７ａに巻きかけられる加熱ベルト２７ａと定着ローラ１７ａとの間にベルトニップ部ＮＢが形成される。当該加熱ベルト２７ａの内部には加熱ベルト２７ａの定着ローラ１７ａとの当接領域の一部を押圧する押圧部材である加熱ローラ１７ｃが設けられる。
【００３５】
加熱ベルト２７ａは熱源であるハロゲンヒータＨＬａを内蔵した金属ローラ（前述した加熱ローラ１７ｃ）とワイヤを張り渡してローラ形状としたワイヤローラ（以下、支持ローラ１７ｄという）に支持されている。加熱ベルト２７ａを巻架する支持ローラは複数本用いられる場合もある。加熱ベルト２７ａの当接領域の一部を押圧する押圧部材が加熱ローラ１７ｃである。加熱ローラ１７ｃは、加熱ベルト２７ａを支持する以外に、ベルトニップ部ＮＢ入口で加熱ベルト２７ａを定着ローラ１７ａに押し当て密着させる機能と、定着ローラ１７ａに巻きかけられた加熱ベルト２７ａをハロゲンヒータＨＬａから供給された熱を伝え、加熱する機能を持つ。加熱ローラ１７ｃにより、加熱ベルト２７ａは定着ローラ１７ａに密着されるため、それより下流のまきかけ領域でも十分な熱伝達が可能になる。支持ローラ１７ｄはワイヤで構成されているため低熱容量化が図られ、熱容量・熱伝導が極めて小さく、熱容量の増加による温度制御性能の低下や、軸受けなどを通した画像形成装置本体への熱流出を抑制することができる。
【００３６】
加熱ベルト２７ａは、基体と表面の汚れによる定着ローラ１７ａとの密着不良などを抑えるための離型層からなる。基体としては、厚さ２０〜１００μｍのニッケルやステンレスなどの金属ベルト、厚さ５０〜３００μｍのポリイミドなどの耐熱樹脂ベルトが好適である。離型層としては、ＰＦＡやＰＴＦＥなどのコーティングもしくはチューブが好適である。本実施例では、厚さ１５０μｍのポリイミドに、３０μｍ厚のＰＴＦＥ層を設けている。
【００３７】
加熱ローラ１７ｃは、熱源であるハロゲンヒータＨＬａを内蔵している。加熱ローラ１７ｃと接触することによって加熱ベルト２７ａは加熱される。本実施例ではφ２０ｍｍ肉厚１ｍｍのアルミパイプを用い、加熱ベルト２７ａを介して１００Ｎで定着ローラ１７ａに対して加圧している。この加圧により加熱ベルト２７ａと定着ローラ１７ａが密着し、加熱ベルト２７ａから定着ローラ１７ａに対して、高効率で熱伝達が行われる。またこの加圧により、加熱ベルト２７ａは定着ローラ１７ａの駆動により従動で回転される。
【００３８】
加熱ベルト２７ａを支持する部材（支持ローラ）のうち少なくとも１つは、ワイヤを張り渡してローラ状となしたかご型ローラであり、加熱ベルト２７ａを支持する支持ローラ１７ｄは耐熱樹脂や金属からなるワイヤを、回転軸両端に支持されたフランジ間に張り渡して、特開２００２−３１９６８号公報図４に記載されているようなかご型のワイヤローラとなしてある。
【００３９】
定着ローラ１７ａと加熱ベルト２７ａの密着性は、ベルトニップ部ＮＢの入り口で加熱ローラ１７ｃによる加圧で確保されるため、加熱ベルト２７ａの張力は５〜３０Ｎと小さい。このため、支持ローラ１７ｄに機械的強度はほとんど要求されず、熱容量・熱伝導率とも極めて小さいため、支持ローラ１７ｄを加熱するための余分な熱量や支持ローラ１７ｄを介した放熱は問題とならなくなり、ウォーミングアップ時間が短縮でき、消費電力は低減できる。
【００４０】
外部加熱ローラを用いた場合に比べ、加熱ベルトと定着ローラのニップ部接触時間は遙かに長くとれるため、高い熱伝達効率が得られる。加熱ローラの大きさやベルトの厚み等は、線速度や定着ローラ設定温度などによって必要な熱供給能力が異なるため、実験等により適宜選択する。
【００４１】
定着ローラ１７ａは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ａと、該金属パイプ１７１ａの外周面に厚さ０．５〜５ｍｍのシリコンゴム層１７２ａを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ａの外側に厚さ３０〜７０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）チューブ１７３ａとからなる、外径２０〜５０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。
【００４２】
加圧ローラ１７ｂは、例えばＳＴＫＭ（機械構造用炭素鋼管）等のスチール材やアルミ材を用いた、肉厚２〜５ｍｍ程度の円筒状の金属パイプ１７１ｂと、該金属パイプ１７１ｂの外周面に厚さ１〜３ｍｍのシリコンゴム層１７２ｂを設け、さらに該シリコンゴム層１７２ｂの外側に厚さ３０〜７０μｍ程度のＰＦＡ（パーフルオロアルコキシ）コーティングを用いた離型層１７３ｂとからなる、外径４０〜８０ｍｍ程度のソフトローラとして構成される。
【００４３】
上記実施例では、加熱ベルト２７ａから定着ローラ１７ａに供給できる熱量は、加熱ベルト２７ａの熱容量によって制約を受ける。加熱ベルト２７ａの厚み選択で、熱量が不足する場合には、図３に示すように、加熱ベルト２７ａと定着ローラ１７ａのベルトニップ部ＮＢに対応する加熱ベルト２７ａ内面を照射するように、ハロゲンヒータＨＬａを配置することによって、定着ローラ１７ａによって熱を奪われた加熱ベルト２７ａに熱供給できるため、幅広いベルトニップ部ＮＢをさらに有効に用いて熱供給できる。この場合もベルトニップ部ＮＢの入り口において、密着性が確保されているため、加熱ベルト２７ａから定着ローラ１７ａへの熱伝達効率が確保される。
【００４４】
上記定着装置１７において、定着ローラ１７ａと加熱ベルト２７ａの接触領域の圧力分布は、図４に示すように、加熱ベルト２７ａの走行方向よりみて非対称であり、加熱ベルト２７ａ走行方向上流側の圧力を高く設定するものである。また、圧力の高い領域は、加熱ベルト２７ａを支持するローラ（加熱ローラ１７ｃ）の当接によって形成されるものである。
【００４５】
熱源であるハロゲンヒータＨＬａは加熱ローラ１７ｃ内と加熱ベルト２７ａ内との双方に配置するか、どちらか一方に配置するかは、必要とする熱供給量や機械構成の複雑さやコストなどから適宜選択する。加熱ベルト２７ａの外側に熱源であるハロゲンヒータＨＬａを配設してもよい。加熱ローラ１７ｃ内にヒータを配置する場合には、加熱ローラ１７ｃの温度をセンサによって検知・制御すればよいが、加熱ベルト２７ａ内にヒータを配置する場合には、加熱ベルト２７ａが回転しないなどの異常に備えた安全機構（異常検知用のセンサ設置など）が必要になる。
【００４６】
給紙ガイド（不図示）等により定着領域に搬送されてきたトナー画像を保持した記録紙Ｐは、定着ローラ１７ａと加圧ローラ１７ｂによる加圧・加熱でトナーは記録紙Ｐ上に定着される。トナー層にはゴム、もしくはごく薄い離型性層を介してゴムが当接されるため、ゴムが変形して記録紙Ｐやトナー層の凹凸に追従して、均一に接触し、光沢むらなどのない均一な定着が行われ、トナー画像は適度な光沢を持つ。定着後、定着ローラ１７ａから分離した記録紙Ｐは、定着装置１７外へ排出される。
【００４７】
定着ローラ１７ａの外周には、冒頭にて述べた外部加熱ローラに比べ熱伝達効率の高い加熱ベルト２７ａより熱供給が行われるため、昇温後待機して定着ローラ１７ａ内部の温度勾配が小さくなった後、連続通紙を開始した場合の定着ローラ１７ａの表面温度低下は、より小さく抑えられ、光沢度など画質の変動が小さくできる。また、連続定着安定時においても、定着ローラ１７ａ内部から供給しなければならない熱量は外部加熱ローラを用いた場合に比べさらに小さくなるため、定着ローラ１７ａ内部の温度勾配は小さくなってゴム層と芯金の境界面温度はより低くなり、定着ローラ１７ａの耐久が延びる。
【００４８】
上記の如く、本発明の如き構成をとることにより、高い高生産性と耐久性能と画質安定性を持つ定着装置を備えた画像形成装置が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置を備える画像形成装置の概略断面構成図である。
【図２】本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置の概要断面図である。
【図３】本発明にかかわる加熱ベルトを有する定着装置の他の例の概要断面図である。
【図４】加熱ベルトの定着ローラに対する圧力分布である。
【符号の説明】
【００５０】
１Ｙ，１Ｍ，１Ｃ，１Ｋ  感光体ドラム
２Ｙ，２Ｍ，２Ｃ，２Ｋ  帯電手段
３Ｙ，３Ｍ，３Ｃ，３Ｋ  露光手段
４Ｙ，４Ｍ，４Ｃ，４Ｋ  現像装置
１７  定着装置
１７ａ  定着ローラ
１７ｂ  加圧ローラ
１７ｃ  加熱ローラ
１７ｄ  支持ローラ
２７ａ  加熱ベルト
ＨＬａ  ハロゲンヒータ
ＮＡ  定着ニップ部
ＮＢ  ベルトニップ部
Ｐ  記録紙
【図１】
2005300800.tif 000003
【図２】
2005300800.tif 000004
【図３】
2005300800.tif 000005
【図４】
2005300800.tif 000006